JP6159692B2

JP6159692B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP6159692B2
Application number: JP2014158442A
Authority: JP
Inventors: 英之介菊地
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2034-08-04
Also published as: US20160033917A1; US9377741B2; JP2016035517A

Description

本発明は、像担持体上に形成されたトナー像を静電転写方式によって記録紙に転写する画像形成装置に関する。

複写機やプリンターなどの電子写真方式の画像形成装置においては、夏場や雨天時等の高湿環境下に駆動されずに長時間放置されていた場合、トナーや記録紙が調湿してしまうので、起動後の最初のＪＯＢにおいて画像濃度の低下や画像の乱れが特に生じやすくなる。特にトナーが調湿すると、トナー帯電量が低下して画像濃度が低下する虞がある。

高湿環境下での画像濃度の低下を防止するために、現像装置においてトナー吐き出し制御や、現像装置の空回し制御が行われる場合がある。トナー吐き出し制御は、現像装置内のトナーを像担持体上に排出し、排出されたトナーをクリーニング部で回収させる制御であり、現像装置の空回し制御は、像担持体上に静電潜像を形成せずに現像装置の現像ローラー等を空回しする制御である。これらのトナー吐き出し制御と空回し制御とを併用することが特に有効であるが、トナー吐き出し制御は、画像形成以外に消費されるトナーの量が増加してしまい、空回し制御は、空回し動作中使用者を待たせることになるので、いずれの方法も使用者にとっては好ましい方法ではない。

そこで、像担持体上に形成されたトナー像を記録紙に静電転写する静電転写装置において、低下したトナー帯電量に適するように、通常時よりも高い転写バイアスを印加する対策が考えられる。

一方、特許文献１には、画像形成動作が終了してから次の画像形成動作が開始されるまでの停止時間と、定着装置近傍の温度と、に基づいて、転写バイアスを制御するように構成された画像形成装置が提案されている。

特開平９−４４００３号公報

しかしながら高い転写バイアスを印加する場合、印加時間が長くなると、像担持体の内部に像担持体の帯電極性と逆の極性の電荷が蓄積し、除電装置において完全に除電できなかったり、像担持体に摩耗や損傷を与えたりしてしまう虞がある。

また、特許文献１に記載されている画像形成装置では、主に定着装置の温度状態に基づいて転写バイアスを制御しているので、トナーの調湿状態については考慮されておらず、高湿環境下での画像濃度低下を改善することはできない。

そこで本発明は上記事情を考慮し、高湿環境下での画像濃度の低下を防止するために、トナーの調湿状況に応じた静電バイアスを印加することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、像担持体にトナー像を形成する現像装置と、転写バイアスを印加することにより前記像担持体に形成された前記トナー像を記録紙に転写する静電転写装置と、を備える画像形成装置であって、前記現像装置において、トナー像形成動作が終了してから次のトナー像形成動作が開始されるまでの停止時間を計測する停止時間計測部と、前記現像装置がトナー像を形成するために駆動される駆動時間を計測する駆動時間計測部と、前記現像装置でトナー像が形成されるために消費されたトナーの量を計測するトナー消費量計測部と、周囲環境の状態を計測する環境計測部と、前記静電転写装置が印加する転写バイアスを調整する転写バイアス調整部と、を有し、前記転写バイアス調整部は、前記停止時間計測部で計測された停止時間と、前記駆動時間計測部で計測された駆動時間と、前記トナー量計測部で計測されたトナー消費量と、前記環境計測部で計測された周囲環境の状態と、に基づいて、前記転写バイアスを調整することを特徴とする。

このような構成を採用することにより、現像装置の稼働状況や周囲の環境からトナーの状態を判断できるので、トナーの状態に適した転写バイアスを印加することができる。

本発明の画像形成装置において、前記転写バイアス調整部は、前記環境計測部で計測された周囲環境の状態に基づいて高湿環境と判断された場合、前記駆動時間計測部で計測された駆動時間が所定時間よりも短く、かつ、前記トナー消費量計測部で計測されたトナー消費量が所定量よりも少ない場合、前記転写バイアスを高くするように調整することを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、高湿環境下で現像装置がトナーの調湿状態を解消できる状態にまで画像形成動作を行っていないと判断できるので、転写バイアスを通常時よりも高く設定することで、適正な画像濃度を得ることができる。言い換えれば、現像装置がトナーの調湿状態を解消できる状態にまで画像形成動作を行った判断されると、速やかに低い転写バイアスに戻すことができる。したがって、高湿環境下でも印字開始初期から所望の画像濃度を得ることができると共に、高い転写バイアスを印加する時間を減らすことができるので、像担持体の除電不良や像担持体が受ける損傷を低減できる。

本発明の画像形成装置において、前記転写バイアス調整部は、前記停止時間計測部で計測された停止時間が所定時間よりも長い場合、前記環境計測部で計測された周囲環境の状態に基づいて高湿環境と判断されると、前記転写バイアスを高くするように調整することを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、停止時間が長い場合はトナーが調湿している可能性が高いと仮定し、転写バイアスを高くすることで、起動直後の画像濃度の低下を防ぐことができる。

本発明によれば、トナーの調湿状況に応じた静電バイアスを印加することができるので、高湿環境下でも印字開始初期から所望の画像濃度を得ることができると共に、高い転写バイアスを印加する時間を減らすことで像担持体の除電不良や像担持体が損傷を受けることを低減できる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す正面図である。本発明の一実施形態に係るプリンターにおいて、画像濃度と印字枚数との関係を説明するグラフである。本発明の一実施形態に係るプリンターの制御部を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るプリンターの制御部の転写バイアス調整方法を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について説明する。

まず、図１を用いてプリンター１（画像形成装置）の全体の主な構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。以下、図１における紙面手前側を、プリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きは、プリンター１の正面から見た方向を基準として説明する。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えており、プリンター本体２の下部には、記録紙（図示省略）が収容された給紙カセット３から記録紙を給紙する給紙装置４が設けられている。給紙装置４は、例えば一対の給紙ローラーで構成される。プリンター本体２の上部には排紙トレイ５が設けられている。プリンター本体２の内部には、上方にトナーを収容するトナーコンテナ６が配置され、トナーコンテナ６の右方には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光装置７が配置されている。露光装置７の下方には、画像形成部８が設けられている。

画像形成部８には、像担持体である感光体ドラム１０が回転可能に設けられている。感光体ドラム１０は、例えば正帯電単層感光体である。感光体ドラム１０の周囲には、帯電装置１１と、現像装置１２と、転写ローラー１３（転写装置）と、除電装置１４と、クリーニング装置１５とが、感光体ドラム１０の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って順に配置されている。帯電装置１１は、例えば帯電ローラーを使用した接触帯電装置である。現像装置１２は、現像剤を担持して感光体ドラム１０に供給する現像ローラー１２ａと、現像剤を撹拌する撹拌パドル１２ｂ、１２ｃと、を有する。現像剤は、例えば正帯電トナーを使用した現像剤である。さらに、画像形成部８の右方には定着装置１６が設けられており、定着装置１６の上方には、排紙トレイ５に面した記録紙排出部１７が設けられている。現像装置１２の近傍には絶対湿度を計測可能な湿度センサー１８が配置されている。

また、プリンター本体２の内部には、給紙装置４から、感光体ドラム１０と転写ローラー１３によって構成される転写部１９と定着装置１６とを通って、記録紙排出部１７へ向かう用紙搬送経路２０が形成されている。

さらに、プリンター１には、制御部３０（ＣＰＵ）が設けられている。制御部３０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置で構成される記憶部３１と接続されており、記憶部３１に格納された制御プログラムや制御用データに基づいてプリンター１の各部の制御を行う。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作を説明する。プリンター１に接続されたコンピューター等から画像データが入力されると、制御部３０が以下のような画像形成動作を実行するように制御する。

まず、帯電装置１１によって感光体ドラム１０の表面が帯電された後、露光装置７からのレーザー光（図１の一点鎖線Ｐ参照）により感光体ドラム１０に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置１２によりトナー像に現像される。

一方、給紙装置４によって給紙カセット３から取り出された記録紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて転写部１９へと搬送され、転写部１９において、転写ローラー１３に所定の静電バイアスが印加されて、感光体ドラム１０上のトナー像が記録紙に転写される。トナー像を転写された記録紙は、搬送経路２０を下流側へ搬送される。そして、定着装置１６に進入し、この定着装置１６において記録紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された記録紙は、記録紙排出部１７から排紙トレイ５に排出される。感光体ドラム１０上に残留した電位は、除電装置１４によって除電され、感光体ドラム１０上に残留したトナーは、クリーニング装置１５によって回収される。

次に、図２を参照して、転写ローラー１３に印加される転写バイアスと画像濃度との関係について説明する。図２は、プリンターを高湿環境下で放置した後で画像形成を開始した際の画像濃度を計測した結果を示すグラフである。グラフの縦軸は反射濃度計で計測した画像濃度、横軸は印字枚数を示す。グラフ中の黒い丸でプロットされた実線は、低い転写バイアス（転写バイアスＡ）を示し、黒い菱形でプロットされた実線は、高い転写バイアス（転写バイアスＢ）を示す。

転写バイアスＡにおいては、印字開始初期は、画像濃度が１．１０前後と低い値であり、印字枚数が増えるに従って徐々に高くなり、印字枚数が３０枚を超えると、画像濃度は１．２０〜１．２５の間でほぼ安定する。一方、転写バイアスＢにおいては、印字開始初期から画像濃度は１．２０〜１．２５の間で安定している。

このグラフから、転写バイアスが低い（転写バイアスＡ）場合、高湿環境下では、印字開始から所定の印字枚数（この例では約３０枚）だけ画像形成作業が行われる間は画像濃度が不足しているが、画像形成作業を繰り返していくと徐々に高くなり、所定の印字枚数を超えると、ほぼ安定することがわかる。つまり、高湿環境下でも、現像装置１２が所定の駆動時間トナー像形成動作を行ったり、所定の量だけトナーが消費されたりすると（図２のグラフにおいては、印字枚数が３０枚程度まで画像形成作業が行われると）、転写バイアスが低い場合であっても、トナーの調湿状態が解消されて所望の画像濃度を得ることが可能となる。

次に、図３を参照して制御部３０について説明する。図３は制御部のブロック図である。

制御部３０には、現像装置１２において、画像形成動作が終了してから次の画像形成動作が開始されるまでの停止時間を計測する停止時間計測部３３と、現像装置１２が画像を形成するために駆動される駆動時間を計測する駆動時間計測部３４と、現像装置１２での画像形成動作に消費されたトナーの量を計測するトナー消費量計測部３５と、転写ローラー１３への転写バイアスを調整する転写バイアス調整部３６と、が設けられている。

停止時間計測部３３は、例えば、現像装置１２の現像ローラー１２ａや撹拌パドル１２ｂ、１２ｃが回転を停止してから、次に回転を始めるまでの時間を計測する。駆動時間計測部３４は、例えば、一回の画像形成動作において、現像装置１２の現像ローラー１２ａや撹拌パドル１２ｂ、１２ｃが回転し始めてから回転を停止するまでの時間を計測する。トナー消費量計測部３５は、例えば、一回の画像形成動作において、処理された画像データからトナー消費量を換算する。

転写バイアス調整部３６は、転写ローラー１３に印加する転写バイアスを、転写バイアスＡ又は転写バイアスＢに設定する。転写バイアスＡは、通常環境下で転写ローラー１３に印加される標準的な静電バイアスであり、一例で−２０μＡである。転写バイアスＢは、図２を参照して説明したように、プリンター１が高湿環境下で放置された後で起動された際に、印字開始初期から適正な画像濃度を得ることのできる静電バイアスであり、標準的な静電バイアスＡよりも絶対値が大きく、一例で−４０μＡである。

記憶部３１には、湿度センサー１８で計測される絶対湿度において、高湿環境と判断される基準となる絶対湿度が記憶されている。高湿環境の判断基準となる絶対湿度は、例えば、１５ｇ／ｍ^３である。さらに、記憶部３１には、停止時間計測部３３で計測される停止時間において、プリンター１がかなりの長時間放置されて、トナーが調湿している可能性が高い状態と判断する基準となる時間が記憶されている。トナーが調湿している可能性が高いと判断される基準の停止時間は、例えば、１２時間である。

さらに、記憶部３１には、駆動時間計測部３４で計測される駆動時間において、現像装置１２内のトナーが調湿状態であっても、現像装置１２が十分に空回しされて、トナーの調湿状態が解消されたと判断する基準となる駆動時間（基準駆動時間Ｘｓｅｃ）と、トナー消費量計測部３５で計測されるトナー消費量において、現像装置１２内のトナーが調湿状態であっても、調湿状態が解消されるまで現像装置１２で画像形成動作が行われたと判断する基準となるトナー消費量（基準トナー消費量Ｙｍｇ）と、が記憶されている。

また、記憶部３１には、駆動時間計測部３４で計測された駆動時間を蓄積した蓄積駆動時間と、トナー消費量計測部３５で計測されたトナー消費量を蓄積した蓄積トナー消費量と、が記憶される。さらに、記憶部３１には、転写バイアスＡと転写バイアスＢとが記憶されている。

図４のフローチャートを参照して、制御部３０における転写バイアスの調整方法について説明する。

プリンター１に接続されたコンピューター等からの画像データと印字枚数の入力等のＪＯＢ命令が入力されると、制御部３０は、ステップＳ１において、停止時間計測部３３で計測された現像装置１２の停止時間が基準の停止時間である１２時間よりも長いかどうかを判断する。

その結果、停止時間が１２時間よりも長いと判断された場合、ステップＳ２に進み、制御部３０は、記憶部３１に記憶されている、前回の画像形成動作が終了した時点での現像装置１２の蓄積駆動時間と蓄積トナー消費量のデータをリセット（ゼロ）して次のステップＳ３に進む。一方、ステップＳ１において、停止時間が１２時間以下と判断された場合は、記憶部３１に記憶されている蓄積駆動時間と蓄積トナー消費量のデータが、判断対象の値として継続して使用され、次のステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、制御部３０は、湿度センサー１８で計測された絶対湿度が、記憶部３１に記憶されている、高湿環境の判断基準となる１５ｇ／ｍ^３よりも高いかどうかを判断する。

その結果、絶対湿度が１５ｇ／ｍ^３よりも高いと判断された場合、ステップＳ４に進み、制御部３０は、蓄積駆動時間が、記憶部３１に記憶されている、トナー調湿状態解消可能な基準駆動時間Ｘｓｅｃよりも短いかどうかを判断する。そして、蓄積駆動時間が基準駆動時間Ｘｓｅｃよりも短いと判断された場合は、次のステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、制御部３０は、蓄積トナー消費量が、記憶部３１に記憶されている、トナー調湿状態解消可能な基準トナー消費量Ｙｍｇよりも少ないかどうかを判断する。そして、蓄積トナー消費量が基準トナー消費量Ｙｍｇよりも少ないと判断された場合は、次のステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、制御部３０において、転写バイアス調整部３６が転写ローラー１３にかける転写バイアスを転写バイアスＢに設定する。

一方、前記ステップＳ３で絶対湿度が１５ｇ／ｍ^３以下であると判断された場合は、或いは、前記ステップ４で蓄積駆動時間がＸｓｅｃ以上であると判断された場合、或いは、前記ステップＳ５で蓄積トナー消費量がＹｍｇ以上であると判断された場合は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、制御部３０において、転写バイアス調整部３６が転写ローラー１３にかける転写バイアスを転写バイアスＡに設定する。

ステップＳ６及びステップＳ７において、それぞれの転写バイアスが設定されると、次のステップＳ８において、制御部３０は１枚目の画像形成作業を開始するように各部を制御する。ステップＳ８で１枚目の画像形成作業が終了すると、次のステップＳ９に進み、制御部３０は、設定された印字枚数の画像形成作業が終了したかどうかを判断する。

その結果、設定された印字枚数の画像形成作業が終了したと判断されると、ＪＯＢ終了となる。一方、設定された印字枚数の画像形成作業が終了していないと判断された場合は、ステップＳ３に戻り、上記したフローの処理（ステップＳ３〜ステップＳ８）が行われる。

上記構成を有するプリンター１においては、高湿環境と判断された後（ステップＳ３のYes）、画像形成作業が繰り返されて現像装置１２の駆動時間が基準駆動時間Ｘｓｅｃ以上になると（ステップＳ４のNo）、トナーの調湿状態が解消したと判断されて、転写バイアスが低い値（転写バイアスＡ）に設定される（ステップＳ７）。また、画像形成作業が繰り返されてトナー消費量が基準トナー消費量Ｙｍｇ以上になると（ステップＳ５のNo）、トナーの調湿状態が解消したと判断されて、転写バイアスが低い値（転写バイアスＡ）に設定される（ステップＳ７）。つまり、高湿環境下でのＪＯＢの初期においては高い転写バイアスが必要であっても、ＪＯＢの途中でトナーの調湿状態が解消されたと判断されると、低い転写バイアスに変更することが可能となる。

上記説明したように本実施形態に係るプリンター１においては、高湿環境下で最初のＪＯＢが行われる場合、現像装置１２が画像形成動作を繰り返すことによってトナーの調湿状態が解消されたと判断されると、ＪＯＢの途中で転写バイアスを低い値に設定することができる。例えば、高湿環境下であると判断された場合、高い転写バイアスを印加する印字枚数を固定してしまうと、トナーの調湿状態に係らず固定された印字枚数に達するまで高い転写バイアスを印加する必要があるので、感光体ドラム１０は一定の損傷を受け続けることになる。しかし、本実施形態では、高湿環境下での初期においては高い転写バイアスが必要であっても、トナーの調湿状態が解消されたと判断されると、印字枚数に関わらず速やかに低い転写バイアスに戻すことができる。したがって、高湿環境下でも印字開始初期から所望の画像濃度を得ることができると共に、高い転写バイアスを印加する時間を少なくできるので、感光体ドラム１０の除電不良や感光体ドラム１０が受ける損傷を低減できる。

また、現像装置１２の停止時間が１２時間よりも長い場合は、駆動時間とトナー消費量のデータをリセットする（ステップＳ２）ので、高湿環境下の起動後の１枚目には高い転写バイアスＢが印加される。つまり、停止時間が１２時間よりも長いと、トナーが調湿している可能性が高いと仮定して、高湿環境下での起動後に高い転写バイアスＢを印加することで、起動後の画像濃度の低下を防ぐことができる。

本実施形態においては、絶対湿度が１５ｇ／ｍ^３よりも高い場合に高湿環境下であると判断したが、判断基準となる絶対湿度はプリンター１の設置環境や使用状況に合わせて決定することができる。さらに、本実施形態では、湿度センサー１８を現像装置１２の近傍に配置したが、湿度センサー１８は他の場所に設置してもよい。例えば、プリンター１が設置される部屋に設置してもよい。この場合には、判断基準となる絶対湿度は１５ｇ／ｍ^３とは異なる値となる。

また、転写バイアスＡ及び転写バイアスＢの電流量や、駆動時間の判断基準となる基準駆動時間Ｘｓｅｃ、トナー消費量の判断基準となる基準トナー消費量Ｙｍｇも、プリンター１の設置環境や使用状況に合わせて決定することができ、必要であれば随時変更することもできる。

さらに、本実施形態では、トナーの調湿状態に合わせて、転写バイアスを低い転写バイアスＡと高い転写バイアスＢとの二段階で調整したが、さらに細かい判断基準を設けて二段階以上に調整することもできる。

なお、本実施形態では、１枚の記録紙に画像形成作業が行われる毎にステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜ステップＳ７までの処理を行うように構成したが、印字枚数の多いＪＯＢの場合は、複数枚（例えば、２枚、５枚等）毎にステップＳ３〜ステップＳ７までの処理を行うように構成してもよい。

さらに、本発明の実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター１以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１プリンター（画像形成装置）
１０感光体ドラム（像担持体）
１２現像装置
１３転写ローラー（静電転写装置）
１８湿度センサー（環境計測部）
３０制御部
３３停止時間計測部
３４駆動時間計測部
３５トナー消費量計測部
３６転写バイアス調整部

Claims

像担持体にトナー像を形成する現像装置と、
転写バイアスを印加することにより前記像担持体に形成された前記トナー像を記録紙に転写する静電転写装置と、
を備える画像形成装置であって、
前記現像装置において、トナー像形成動作が終了してから次のトナー像形成動作が開始されるまでの停止時間を計測する停止時間計測部と、
前記現像装置がトナー像を形成するために駆動される駆動時間を計測する駆動時間計測部と、
前記現像装置でトナー像が形成されるために消費されたトナーの量を計測するトナー消費量計測部と、
周囲環境の状態を計測する環境計測部と、
前記静電転写装置が印加する転写バイアスを調整する転写バイアス調整部と、を有し、
前記転写バイアス調整部は、前記停止時間計測部で計測された停止時間と、前記駆動時間計測部で計測された駆動時間と、前記トナー量計測部で計測されたトナー消費量と、前記環境計測部で計測された周囲環境の状態と、に基づいて、前記転写バイアスを調整することを特徴とする画像形成装置。
前記転写バイアス調整部は、前記環境計測部で計測された周囲環境の状態に基づいて高湿環境と判断された場合、前記駆動時間計測部で計測された駆動時間が所定時間よりも短く、かつ、前記トナー消費量計測部で計測されたトナー消費量が所定量よりも少ない場合、前記転写バイアスを高くするように調整することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記転写バイアス調整部は、前記停止時間計測部で計測された停止時間が所定時間よりも長い場合、前記環境計測部で計測された周囲環境の状態に基づいて高湿環境と判断されると、前記転写バイアスを高くするように調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。